2022年10月21日14:16:38 熱門 1383

蓬勃發展的智慧型手機市場總以外掛式觸控面板為主，但這樣的局面即將被改變。在蘋果(Apple)、三星(Samsung)兩大手機大廠將內嵌式架構的觸控面板放置自家手機，出貨量在去年逼近四成佔有率，這無疑間接帶給其他面板廠壓力，不得不競相投入嵌入式觸控面板戰局。

IHS DisplaySearch研究總監謝忠利

由面板廠主導的內嵌式(Embedded Type)觸控面板已經開發多年，不過除蘋果和三星的智慧型手機或平板電腦導入使用外，一直未能真正打開市場。當時，除技術和良率尚未成熟外，面板廠縱然擅長於面板相關製程，但是觸控效能就需要觸控晶片廠商協助。

即使如此，除蘋果與三星的高階機種具有實力在面板供應鏈上要求客制外，其他品牌在考量到客制化成本與採購供應源後，很自然地會傾向於外掛式(Add-on Type)的觸控結構。

蘋果擁有In-cell觸控技術專利(USPTO8,234,027)，而且幾乎單一機種就能左右市場發展。三星採用的是製程較為簡單的On-cell，不過主要優勢是因為有集團內的三星顯示(SDC)面板廠支援，而且三星顯示也需要品牌來消化A2(G5.5)龐大的AMOLED產能。

2013年後，觸控晶片廠商開發成功的單層多點(Single Layer)圖案，並使用於On-cell TFT LCD上，給予其他品牌以及面板廠新的機會；而經歷連續兩年發展後，所有內嵌式觸控面板在手機應用的出貨上，已經在2014年逼近40%比重。因此內嵌式觸控面板已經成不可忽視的力量。

內嵌式觸控面板定義

一般在定義In-cell和On-cell時多半以感應電極在面板結構中的位置來決定。以液晶面板來說，主要是上下方兩片玻璃，分別做為TFT線路與彩色濾光片的基板，中間就是液晶層，而兩片玻璃對外一面，會貼合偏光板。以RGB鍍膜的AMOLED來說，由於沒有濾光片，所以上方玻璃基板相當乾淨、僅是為封裝目的。正因如此，三星顯示才會選擇On-cell來發展內嵌式觸控的AMOLED面板。

On-cell的感應線路所在位置比較單純，都是位在上方玻璃(濾光片玻璃或是封裝玻璃)的頂面(面對使用者的一面)，並且位在偏光板之下。

從結構跟原理來看，On-cell其實跟外掛式觸控面板很相似，主要差別是利用濾光片玻璃或封裝玻璃來當作觸控感應線路基板，而不是額外玻璃或是薄膜基板。In-cell的感應線路通常是在Open Cell區域(特別是TFT背板)，而且為了避免專利衝突，時常會有不同的線路或位置組合。

例如，蘋果iPhone所使用的互電容式In-cell面板，是將Tx(驅動電極)和Rx(感測電極)都放在FFS面板、TFT基板的Vcom層上；樂金顯示(LGD)的AIT也是將電極都放在Vcom層上，但是卻採用自電容(Self-sensing)的原理。

至於日本顯示器公司(JDI)的互電容式Pixel Eyes，當應用於IPS面板時，Tx隨着Vcom位在TFT背板玻璃上，但Rx卻像是On-cell般，位在濾光片玻璃的頂面，也因此稱之為“混合式”(Hybrid Type)。

另外，有些變異作法也有面板廠或是觸控晶片廠商採用，像是將Tx與Rx分別置放在濾光片玻璃的上下方，或是Tx在TFT背板玻璃上，但Rx卻是嵌入於彩色濾光片的黑色矩陣區(Black Matrix)。

因此，In-cell可能的組合與位置確實比On-cell來得複雜許多，為定義的涵蓋範圍與便利性，我們將In-cell定義為：只要感應線路其中一個電極位在Open Cell區域均可稱為In-cell。這樣就可以包含蘋果與日本顯示器公司的結構形式；前者稱為“完整式”(Full Type)，以有別於後者的混合式。

In-cell內嵌式觸控面板

自2007年蘋果iPhone帶來觸控螢幕作為新一代人機介面的熱潮後，面板廠也曾經提出具有不同技術原理的內嵌式觸控技術，如電容(Charging Sensing)、電阻(Voltage Sensing)和光學(Photo Sensing)；但事實上，最終能夠走向穩定量產的卻幾乎沒有。

特別是前兩者可能需要對面板玻璃造成形變，這在蓋板玻璃普遍設計於手機與平板的情況下，更顯得不切實際。而蘋果雖然不是面板廠，但其工程團隊卻網羅許多來自面板廠的技術人才，因此蘋果才得以發展出自己的In-cell技術，並且為觸控與面板產業立下標竿。

目前，幾乎所有已經量產的In-cell觸控技術都和蘋果專利有關，特別是將Vcom層予以圖案化(Segmented Vcom)，並以分時作業(Time Sharing)來同時驅動顯示和觸控功能。

Vcom層是液晶面板里特有的結構，主要目的是作為基準電極，並且和畫素電極(Vpixel)配合，以形成驅動液晶分子不同偏轉角度的電壓值。

當液晶分子偏轉角度有所差異時，不同透光量就可以透過彩色濾光片來達到所需要的灰階。早期面板廠在設計內嵌式觸控時，會採用額外觸控感測器，但現在技術多半利用就本來已經存在於液晶面板內的Vcom層來兼做觸控電極。

至於“分時作業”的概念，主要是因為同一個Vcom層一次只能做一件事、一種功能，無法同時驅動顯示和觸控，因此必須與時間差的方式來交叉進行。當前已經量產的In-cell面板，像是日本顯示器公司Pixel Eyes或是樂金顯示AIT(Advanced In-cell Touch)，雖然結構與蘋果技術不盡相同，但是在圖案化Vcom與分時作業都是相同的；因此，可以看出蘋果對當前的In-cell技術發展影響深遠。

而在歷經近3年的導入與成熟後，有些人將In-cell進一步的發展放在將面板驅動晶片和觸控控制晶片予以整合，也就是所謂的“TDDI”(Touch and Display Driver Integration)。

不過，TDDI是否會是普遍潮流仍要以個別的技術來觀察，而未必就一定是絕對趨勢。以蘋果歷經兩代In-cell面板發展來說，面板驅動晶片來自RSP(Renesas SP Drivers)，而觸控晶片則是委託博通(Broadcom)開發的ASIC(BCM5976)。雖然，RSP已經於2014年6月被新思國際(Synaptics)併購，但這不代表新思國際的觸控晶片就可以取代蘋果的方案，抑或是讓新思國際來將兩者予以整合。以蘋果的例子來說，即使不整合也不影響其功能，整合需求並不是那麼立即而顯着。

On-cell內嵌式觸控面板

與In-cell比較起來，On-cell觸控技術相對簡單；所謂簡單是指在感應線路設計、防止雜訊干擾等方面，On-cell比起In-cell來說，比較能夠節省面板廠開發的時間。

表面上來看，由於節省基板的成本，On-cell TFT LCD應該有機會比外掛式(例如，同樣採用單層多點的GF1)便宜；不過實際上，受到製程良率、觸控線路結合玻璃薄化製程等因素影響，On-cell TFT LCD在2014年期間未必真的比外掛式來的有競爭力。

縱使如此，除可以減輕手機厚度的優點外，品牌還是願意着眼於長期潛力去培養這個供應鏈；這也是為什麼在歷經2年的導入後，On-cell TFT LCD可以在中低階智慧型手機逐漸站穩腳步。

On-cell TFT LCD觸控線路設計受益於晶片廠商開發的單層多點技術可以降低成本，於2013年開始打入中低階智慧型手機市場。

目前最有興趣開發On-cell TFT LCD觸控技術的面板廠是台灣與中國大陸，像是群創、華映、彩晶、友達、天馬和京東方，主要出貨應用幾乎都集中在智慧型手機。然而，三星顯示卻有不同想法。

三星顯示的Super AMOLED(On-cell AMOLED)原本主要供貨給三星和諾基亞(Nokia)，尤其是前者的高階機種。但是2014年時，三星在智慧型手機的市佔率受到相當大的挑戰，連帶也影響Super AMOLED的出貨，因此，除寄望三星能夠將Super AMOLED也應用於中階機種外(例如，新的A與E系列)，2015年開始對大陸的二線品牌(如Vivo)也加大行銷力道。

除了智慧型手機市場之外，面板廠也逐漸將On-cell TFT LCD技術布局中大尺寸應用，像是平板電腦或是筆記型電腦。以平板電腦而言，2014年發表的三星Tab S系列(8.4寸與10.5寸)就是採用On-cell AMOLED。2014年下半年，而群創採用單層多點的On-cell TFT LCD也出貨給國內的品牌以及通路平板電腦市場。

受限於觸控線路的靈敏度與效能，單層多點的On-cell觸控面板若是要往更大的10寸以上發展，目前則顯得力有未逮，然而，面板廠若是採用SITO觸控線路的話，其成本跟一般外掛式的導電膜(GFF)或單片玻璃方案(OGS)相比，則未必佔有優勢。加上平板電腦的利潤與出貨成長受到質疑，相對而言，筆記型電腦應用獲得面板廠當前較多關注。

四大面板廠目前都已經在產品發展藍圖中列出筆記型電腦應用的內嵌式觸控面板。除樂金顯示依然執着於In-cell(自電容原理)外，其餘三大目前都是以On-cell觸控技術為主。

有趣的是，他們提出兩種On-cell解決方案給品牌。第一種方案即是一般的On-cell技術，友達稱之為OTP(On-cell Touch Panel)，而第二種則是“簡易版”，友達稱之為OTP-lite，在結構與原理上與前者相異不大，但主要可以節省蓋板玻璃(Cover Glass)的成本，這對觸控面板在低階筆記型電腦市場或許有助益。“簡易版”節省方式主要將硬化層(Hard Coating)塗佈於偏光板上，這樣就不需要蓋板玻璃的保護。

內嵌式觸控面板發展

從感應線路、原理與結構來看，目前內嵌式觸控面板已經算是大致成熟，後續發展主要應該是面板製程的精進、觸控效能與成本效益的提升。

以On-cell應用於智慧型手機來說，On-cell AMOLED將由三星顯示繼續主導、產品定位稍高；而On-cell TFT LCD則是由台灣與大陸的面板廠積極投入，產品定位偏中低階。

On-cell相對In-cell來說比較單純，跟面板解析度、分時作業和Vcom圖案化等都沒關係，面板廠比較需要投入的，應該是製程最佳化，並且降低生產成本。同時，為觸控效能與產品定位，除單層多點線路外，靈敏度較高的SITO線路將會是中大尺寸的選擇；然而SITO需要至少四道光罩，光罩與良率成本控制會是決定On-cell在未來能否與外掛式競爭的關鍵。

至於開發難度比較高的In-cell，蘋果自有技術與日本顯示器公司的Pixel Eyes是目前兩大主流；而在2015年時，由樂金顯示主導的自電容In-cell也即將加入戰局。

這三種In-cell技術均利用到Vcom層來做觸控的感應電極，所以都需要分時作業的取捨，也就是驅動顯示器與驅動觸控感應電極兩者間，有時間資源競爭的問題，特別是當面板解析度越高時，這個問題會更為突顯。

另外，面板內部布線與雜訊干擾對觸控靈敏度也是嚴重的問題。目前，蘋果的In-cell和日本顯示器公司的Pixel Eyes都已經成功使用於高階機種；特別是近年來出貨比重越來越高的華為和小米，在2015年高階機種都已經採用日本顯示器的Pixel Eyes。甚至2015年高階機種(G4)可能也會採用Pixel Eyes。雖然樂金顯示也有自電容的In-cell，但是LG品牌端僅採用於2015年中低階機種；顯見AIT可能還需要一段時間才能更為成熟。

隨着內嵌式觸控面板不斷地發展、擴大出貨比重，TDDI也成關注焦點。

單從供應鏈角度來看，觸控晶片廠商應該會是樂見其成；因為整合後可以將原先客戶從品牌、觸控模組廠，進一步帶到面板廠，而且營業額將會擴大到顯示驅動晶片範圍。這也就是為什麼在2014年時新思國際和敦泰要不約而同地各自合併RSP和旭曜。

同樣的思考也發生在既有的顯示驅動晶片廠商，像是奇景與聯詠都已經布局觸控晶片一段時間。再從元件的精簡來看，整合後可以減少晶片數量，也可以合併顯示和觸控的信號線，這對智慧型手機內有限機構空間來說確實是個助益。而且品牌也寄望整合後可以節省晶片的採購成本；不過，短時間內晶片廠商基於開發成本，未必會同意整合晶片的報價低於分開兩個晶片的總和。從技術角度來看TDDI則可能有不同的情況。

以On-cell來說，觸控線路本身跟面板顯示驅動較無直接關係，即使有訊號干擾，也不如In-cell的情況來得嚴重，因此觸控與顯示驅動晶片由不同晶片廠商供應，從供應鏈貨源的多樣性來說反而是有利。這種採購上的考量，其實跟外掛式觸控面板是類似，而整合晶片的採購誘因主要是價格而已。

再以In-cell來看，蘋果與日本顯示器公司的TDDI導入情況應該是可以做，但是沒有迫切需要做。TDDI整合供應商對這兩種In-cell技術的好處是，當觸控與面板顯示驅動間相互訊號干擾或有一些連動問題時，如果是兩個不同晶片廠商，反而責任歸屬和問題解決方式不易處理，而同一個晶片廠商時就一定責無旁貸。

不過以蘋果情況而言，品牌的技術能力與實力都強大時，要讓不同晶片廠商共同處理、解決問題，應該不會是太困難。相對地，日本顯示器公司在開發Pixel Eyes時也必須扮演這樣的角色。

而最有需要做TDDI的其實應該是自電容In-cell。互電容對感應電極的作法像是拉開X軸與Y軸，兩個軸交錯就會產生觸控感應點。

這些感應點與觸控晶片的前端(ADC)透過引線連接；假如X軸有十條線、Y軸有十五條線(產生兩百五十個座標)，那麼全部就有二十五條線要整理。但是同樣座標數換成自電容In-cell的作法，就需要兩百五十個圖案化的Vcom方塊(Blocks)，而每個方塊均需要一條引線，全部就有兩百五十條線要整理。觸控面積越大、引線越多，因此勢必無法如同互電容般，將所有引線均收斂到單一觸控晶片處理，這不是技術問題，而是布線在有限面積的問題。

所以，自電容做法會使得引線的布線採用類似面板(源極)的作法：當面積越大時，透過數個前端晶片來分區收斂，而不是由一個前端晶片來收斂所有的引線；如此的分區收斂就不會有過多引線在走線時造成面板邊框過大問題。

進一步地說，當數個面板顯示的源極晶片與觸控前端晶片並列時，TDDI可以進一步降低面板邊框上的晶片數，兩者整合後也可以減少連接訊號所需要的訊號線數，而T-CON與觸控晶片後端(MCU)就可以分開連接訊號予以處理。

未來觸控面板市場賽局

自2015年開始，內嵌式架構的觸控面板在智慧型手機應用中更顯得重要，已經浮上檯面的競賽者包含：蘋果的In-cell(委託LGD、SHARP和JDI生產)、三星的On-cell AMOLED(Super AMOLED)、樂金顯示AIT(Advanced In-cell，Self-sensing In-cell)和台灣、中國大陸面板積極投入的On-cell薄膜電晶體液晶顯示器。

目前內嵌式架構仍舊局限在手機尺寸，不過面板廠在2014～2015年間已經將On-cell AMOLED與On-cell TFT LCD應用到平板與筆記型電腦尺寸。雖然外掛式的觸控面板仍有較充沛供應鏈，但是來自面板廠將觸控感測器端(Touch Sensor)整合壓力只會與日俱增。

因此，未來能存活下來的觸控面板廠除要開發新興應用外，如何強化自己關鍵模組化組裝能力，甚至與面板廠合作來重塑供應鏈流程，將會是競爭力與生存的關鍵。

更多爆料請關注集微網微信公共號：jiweinet 或老杳個人微信公共號：laoyaoshow